DE102012022198A1 - Shaft of a gas turbine engine, in particular a radial shaft or a shaft arranged at an angle to the machine axis - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialwelle eines Gasturbinentriebwerks, welche aus +/–45° Lagen 24, Null-Lagen 32 und +/–30° Lagen 25 aus Kohlenstofffaserverbund aufgebaut ist und über sinusoide Anschlussbereiche mit Lasteinleitendstücken 29 verbunden ist.The invention relates to a radial shaft of a gas turbine engine, which is constructed of +/- 45 ° layers 24, zero layers 32 and +/- 30 ° layers 25 of carbon fiber composite and is connected via sinusoidal connection areas with Lasteinleitendstücken 29.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle eines Gasturbinentriebwerks, insbesondere eine Radialwelle oder einer zur Maschinenachse in einem Winkel angeordneten Welle.The present invention relates to a shaft of a gas turbine engine, in particular a radial shaft or a shaft arranged at an angle to the machine axis.

Radialwellen für Gasturbinentriebwerke werden meist in Metallbauweise ausgeführt. Sie dienen zum Starten des Triebwerks, indem ein Elektromotor oder eine Luftturbine, welche in einer externen Getriebebox verbaut sind, über ein Getriebe die Radialwelle antreibt. Diese ist über ein Getriebe mit dem Hochdruckkompressor der Gasturbine verbunden. Zum Starten wird somit der Hochdruckkompressor in Rotation versetzt, um den Verbrennungsvorgang starten zu können.Radial shafts for gas turbine engines are usually made in metal construction. They are used to start the engine by an electric motor or an air turbine, which are installed in an external gear box, via a gearbox drives the radial shaft. This is connected via a transmission with the high-pressure compressor of the gas turbine. To start the high pressure compressor is thus set in rotation to start the combustion process can.

Im Betrieb des Triebwerks wird über dieselbe Verbindung in umgekehrter Richtung die Welle angetrieben, um über ein externes Getriebe Pumpen und Generatoren anzutreiben.In the operation of the engine, the shaft is driven in the opposite direction via the same connection in order to drive pumps and generators via an external gear.

An derartige Wellen werden die folgenden Anforderungen gestellt. Zum Einen muss die Welle sehr schlank gebaut sein, da sie durch eine Strebe im Zwischengehäuse oder generell durch den zweiten Luftkreislauf bei einem Zweikreis/Zweistrom-Turbinen-Luftstrahltriebwerk geführt werden muss und somit immer einen strömungsmechanischen Widerstand darstellt, der einen direkten Einfluss auf die Triebwerksleistung und Effizienz hat. Hinsichtlich ihrer geometrischen Konfiguration muss die Welle durch Öffnungen in der Triebwerksaufhängung durchgeführt werden, um das externe Getriebe mit dem Hochdruckkompressor zu verbinden. Eine weitere Anforderung besteht darin, dass die Welle hohe Drehmomente bei hohen Drehzahlen in beiden Richtungen übertragen muss.Such waves are subject to the following requirements. On the one hand, the shaft must be very slim, as it must be guided by a strut in the intermediate housing or generally by the second air circuit in a two-circuit / two-stream turbine jet engine and thus always represents a fluid mechanical resistance, which has a direct impact on engine performance and efficiency. In terms of its geometric configuration, the shaft must be made through openings in the engine mount to connect the external transmission to the high pressure compressor. Another requirement is that the shaft must transmit high torques at high speeds in both directions.

Radialwellen in Metallbauweise, so wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, stoßen bei der Triebwerksentwicklung an das Limit ihrer Einsatzfähigkeit, da diese Wellen bereits an der Grenze der biegekritischen Drehzahl ausgelegt sind. Die verwendeten Materialien lassen somit keine Verlängerung oder Verschlankung der Wellengeometrie zu. Hierdurch wird die Entwicklung von Gasturbinentriebwerken mit einem kleineren Kerntriebwerk mit höheren Drehgeschwindigkeiten und einem größeren Fandurchmesser stark behindert. Bei einem größeren Fan und einem kleineren Durchmesser des Kerntriebwerks ergibt sich ein größerer Abstand zwischen dem Kerntriebwerk und einem externen Getriebe (Getriebebox), woraus zwangsläufig längere Radialwellen resultieren müssten. Diese würden in der aus dem Stand der Technik bekannten Metallbauweise dickwandiger, größer und, bedingt durch die Biegethematik, durch ein zentrisches Lager abgestützt ausgebildet werden müssen. Hierdurch ergeben sich ein höheres Gewicht des gesamten Triebwerks sowie eine schlechtere Aerodynamik.Radial shafts in metal construction, as they are known from the prior art, come in the engine development to the limit of their operational capability, since these waves are already designed at the limit of the critical bending speed. The materials used thus do not allow lengthening or slimming of the wave geometry. As a result, the development of gas turbine engines with a smaller core engine with higher rotational speeds and a larger Fandurchmesser severely hampered. With a larger fan and a smaller diameter of the core engine results in a larger distance between the core engine and an external transmission (gear box), which would inevitably result in longer radial shafts. These would be thick-walled in the known from the prior art metal construction, larger and, due to the bending, must be formed supported by a central bearing. This results in a higher weight of the entire engine and a worse aerodynamics.

Aus dem Stand der Technik sind Triebwerkswellen für Gasturbinentriebwerke vorbekannt, welche aus Faserlagen, welche in eine hochtemperaturbeständige Kunststoffmatrix eingebildet sind, aufgebaut sind. Ein derartiges Beispiel zeigt die DE 10 2008 056 018 A1 . Derartige Wellen weisen einen großen Durchmesser auf und können anders dimensioniert werden, so dass die Anwendung dieser Erkenntnisse auf Radialwellen nicht möglich ist. Zudem sind bei diesen Triebwerkswellen Kraftübertragungselemente im Einsatz, deren Aufbau für Radialwellen nicht geeignet ist. Beispiele hierfür zeigen die DE 10 2009 037 049 A1 , die GB 1 599 292 A und die DE 41 07 222 C2 .Engine shafts for gas turbine engines are already known from the prior art, which are constructed of fiber layers, which are imaginary in a high temperature resistant plastic matrix. Such an example shows the DE 10 2008 056 018 A1 , Such waves have a large diameter and can be dimensioned differently, so that the application of these findings to radial waves is not possible. In addition, power transmission elements are in use in these engine shafts, the structure of which is not suitable for radial shafts. Examples of this show the DE 10 2009 037 049 A1 , the GB 1 599 292 A and the DE 41 07 222 C2 ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle eines Fluggasturbinentriebwerks, insbesondere eine Radialwelle zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Anwendbarkeit, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik allen Anforderungen gerecht wird.The invention has for its object to provide a shaft of a Fluggasturbinentriebwerks, in particular a radial shaft, which with a simple structure and simple, cost-effective applicability, while avoiding the disadvantages of the prior art meets all requirements.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the combination of features of claim 1, the dependent claims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß wird somit eine Radialwelle geschaffen, welche in Faserverbundbauweise aufgebaut und hergestellt ist. Dabei sind metallische Endstücke mit einem rohrförmigen Zwischenstück der Welle verbunden. Hierdurch sinkt die Gesamtmasse der Radialwelle. Durch die Verwendung von hochsteifen Fasern ergibt sich ein sehr hoher Anstieg der Steifigkeit. Aufgrund der sich ergebenden höheren biegekritischen Drehzahl ist es nicht erforderlich, die Welle durch ein zusätzliches zentrisches Lager abzustützen. Durch die hohen Steifigkeiten und hohen Festigkeiten der Faserstoffe ist es möglich, sehr lange Wellenkonstruktionen zu realisieren, welche den Abstand zwischen einem Kerntriebwerk und einer externen Getriebebox überbrücken können, wobei keine Erhöhung des Wellendurchmessers notwendig ist. Die erfindungsgemäße Welle zeichnet sich zudem dadurch aus, dass hohe Drehmomente übertragen werden können und dass sich eine erhebliche Erhöhung der Eigenfrequenz ergibt.According to the invention thus a radial shaft is created, which is constructed and manufactured in fiber composite construction. In this case, metallic end pieces are connected to a tubular intermediate piece of the shaft. This reduces the total mass of the radial shaft. The use of highly stiff fibers results in a very high increase in stiffness. Due to the resulting higher critical bending speed, it is not necessary to support the shaft by an additional centric bearing. Due to the high stiffness and high strength of the fibers, it is possible to realize very long shaft designs, which can bridge the distance between a core engine and an external gear box, with no increase in the shaft diameter is necessary. The shaft of the invention is also characterized by the fact that high torques can be transmitted and that there is a significant increase in the natural frequency.

Die erfindungsgemäße Radialwelle kann somit sehr schnell drehend ausgeführt werden, so dass Drehzahlen bis 30.000 UpM realisiert werden können. Zudem ist die erfindungsgemäße Radialwelle in der Lage, hohe Drehmomente zu übertragen, beispielsweise bis zu 2.000 Nm. Die Durchmesser derartiger Radialwellen können sehr gering sein, beispielsweise bis maximal 150 mm, verbunden mit sehr geringen Wandstärken von ca. 3 mm, welche das Gesamtgewicht erheblich reduzieren.The radial shaft according to the invention can thus be performed very fast rotating, so that speeds up to 30,000 rpm can be realized. In addition, the radial shaft according to the invention is able to transmit high torques, for example, up to 2,000 Nm. The diameter of such radial waves can be very small, for example up to a maximum of 150 mm, associated with very low wall thicknesses of about 3 mm, which reduce the total weight considerably.

Die erfindungsgemäße Welle ist bevorzugt mittels des nahfolgend beschriebenen Herstellungsverfahrens herstellbar. Dabei sind folgende Herstellungsschritte vorgesehen:

  • – Bereitstellen eines konischen, stabförmigen Metallkerns mit beidseitigen Endbereichen, wobei die Endbereiche um den Umfang jeweils eine sinusoide Struktur mit in Längsrichtung des jeweiligen Endbereichs verlaufenden konvexen und konkaven Bereichen aufweist,
  • – Einlegen von strukturierten Stäben (Rundstäben) in die konkaven Bereiche der sinusoiden Struktur. Hierbei wird eine annähernd runde Struktur des Kerns erreicht. Dabei werden die notwendigen Übermaße, welche zum Einpressen der abgelegten Kohlenstofffasern in die Sinusoidtäler dienen, nach dem Entfernen der Rundstäbe, erstellt.
  • – Umwickeln des Kerns und der Endbereiche mit flachen, gespreizten Kohlefaserbändern in ±45°-Richtung zur Längsachse des Kerns durch Ablegen der Kohlenstofffasern.
  • – Entfernen der strukturierten Stäbe,
  • – radiales Einpressen der Kohlefaserlagen in die nach Entfernen der strukturierten Stäbe gebildeten konkaven Bereiche der Endbereiche des Kerns,
  • – Einlegen von Füllstäbchen aus Kohlefasermaterial in die durch das Einpressen gebildeten konkaven Bereiche der Endbereiche der Kohlefaserlagen zum Auffüllen der Struktur. Hierbei werden für die Herstellung der Füllstäbchen gleichartige Harz- und Fasermaterialien genutzt und im Kompressionsverfahren hergestellt.
  • – Ablage von hochsteifen Kohlenstofffasern in 0°-Richtung (Wellenlängsrichtung).
  • – Umwickeln der Kohlenstofffaserlagen sowie der mit den Füllstäbchen versehenen Endbereichen mit +/–88° zur Längsachse geneigten Kohlefaserbändern,
  • – Einlegen des umwickelten Kerns in eine mehrteilige Harzinjektionsform,
  • – Injizieren von Harz in die Harzinjektionsform und Erwärmen und Aushärten des Harzes,
  • – Entfernen des Kerns,
  • – Ablängen der Endbereiche des somit ausgebildeten rohrförmigen Mittelteils der Radialwelle,
  • – Einführen jeweils eines metallischen Lasteinleitendstücks in jeden Endbereich des rohrförmigen Mittelteils, und
  • – Fügen des Lasteinleitendstückes mit dem rohrförmigen Mittelteil.
The shaft according to the invention can preferably be produced by means of the production method described in the following. The following production steps are provided:
  • Providing a conical, rod-shaped metal core with two-sided end regions, wherein the end regions each have a sinusoidal structure around the circumference, with convex and concave regions extending in the longitudinal direction of the respective end region,
  • - Inserting structured rods (round bars) in the concave areas of the sinusoidal structure. Here, an approximately round structure of the core is achieved. The necessary oversizes, which serve to press the deposited carbon fibers into the sinusoidal valleys, are created after removal of the round rods.
  • Wrap the core and end regions with flat, spread carbon fiber ribbons in ± 45 ° to the longitudinal axis of the core by depositing the carbon fibers.
  • Removing the structured rods,
  • Radially pressing the carbon fiber layers into the concave regions of the end regions of the core formed after removal of the structured rods,
  • - Loading filler of carbon fiber material in the formed by the pressing concave portions of the end portions of the carbon fiber layers to fill the structure. Here are used for the production of Füllstäbchen similar resin and fiber materials and produced in the compression process.
  • - Storage of highly stiff carbon fibers in 0 ° direction (wavelength direction).
  • Wrapping the carbon fiber layers and the end regions provided with the filler rods with carbon fiber strips inclined at +/- 88 ° to the longitudinal axis,
  • Inserting the wrapped core into a multi-part resin injection mold,
  • Injecting resin into the resin injection mold and heating and curing the resin,
  • Removing the core,
  • Cutting the end regions of the thus formed tubular middle part of the radial shaft to length,
  • Inserting a respective metal load introduction piece into each end region of the tubular middle part, and
  • - Adding the Lasteinleitendstückes with the tubular central part.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Fügen des metallischen Lasteinleitendstücks durch Harzinfiltration des Zwischenraums zwischen dem Lasteinleitendstück und dem Endbereich des rohrförmigen Mittelteils erfolgt. Hierdurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung, nicht jedoch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere keine Verklebung. Die Verbindung entsteht durch Reibung zwischen dem Harz, das in den Freiraum zwischen dem rohrförmigen Mittelteil und dem Lasteinleitendstück eingebracht wird. Dieser Freiraum ist beispielsweise 0,01 mm bis 0,1 mm dick. Das Lasteinleitendstück ist somit wieder von dem rohrförmigen Mittelteil abziehbar.In a preferred embodiment it is provided that the joining of the metallic Lasteinleitendstücks by Harzinfiltration of the gap between the Lasteinleitendstück and the end portion of the tubular central part takes place. This results in a positive connection, but not a cohesive connection, in particular no bonding. The connection is created by friction between the resin, which is introduced into the space between the tubular central part and the load introduction end piece. This clearance is, for example, 0.01 mm to 0.1 mm thick. The Lasteinleitendstück is thus removable again from the tubular central part.

In günstiger Ausgestaltung ist auch vorgesehen, dass das Herstellen der Ummantelung aus parallel zueinander angeordneten Lagen von gespreizten Kohlefaserbändern durch Umwickeln eines polygonalen Kernkörpers, Teilen der Lagen in Einzelstücke und Fixieren der Einzelstücke sowie nachfolgendes Umlegen des mittleren Bereichs der Lagen aus +/–30°-geneigten Kohlefaserbändern zur Ausbildung der Ummantelung erfolgt.In a favorable embodiment, it is also provided that the production of the sheathing from mutually parallel layers of spread carbon fiber ribbons by wrapping a polygonal core body, parts of the layers in individual pieces and fixing the individual pieces and subsequent folding of the central region of the layers from +/- 30 °. inclined carbon fiber strips to form the sheath takes place.

Der mittlere Bereich der aus Lagen aus +/–45°-geneigten Kohlefaserbändern aufgebauten Struktur ist in günstiger Weiterbildung der Erfindung mit zumindest einer Lage aus längs der Längsachse angeordneten Kohlefaserbändern umhüllt.The middle region of the structure constructed from layers of +/- 45 ° inclined carbon fiber ribbons is enclosed in a favorable development of the invention with at least one layer of carbon fiber ribbons arranged along the longitudinal axis.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the drawing. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 a schematic representation of a gas turbine engine according to the present invention,

2 eine vereinfachte Längs-Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Welle, 2 a simplified longitudinal sectional view of an embodiment of the shaft according to the invention,

3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III von 2, 3 a sectional view taken along the line III-III of 2 .

4 bis 10 Ansichten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lasteinleitendstücks, 4 to 10 Views of an embodiment of the load introduction piece according to the invention,

11 eine perspektivische Ansicht eines Kerns mit sinusoider Endbereichsstruktur und strukturierten Stäben, 11 a perspective view of a core with sinusoidal Endbereichsstruktur and structured rods,

12 eine Ansicht eines folgenden Herstellungsprozesses, bei welchem der Kern 18 mit +/–45° Lagen aus Faserbändern umwickelt ist, 12 a view of a subsequent manufacturing process in which the core 18 wrapped with +/- 45 ° layers of slivers,

13 eine Ansicht, analog 12, eines weiteren Verfahrensschritts, 13 a view, analog 12 , another procedural step,

14 eine Ansicht des Verfahrensschritts des Verpressens der Endbereiche der +/–45° Lagen, 14 a view of the process step of pressing the end portions of +/- 45 ° layers,

15 eine Ansicht der Fertigstellung nach Verpressung gemäß 14, 15 a view of the completion after pressing according to 14 .

16 eine Ansicht, analog 15, des nachfolgenden Verfahrensschrittes nach Einlegen von Füllstäbchen, 16 a view, analog 15 , the subsequent process step after inserting fillers,

17 eine Ansicht des auf 16 folgenden Verfahrensschrittes nach Ummantelung der in 16 gezeigten Struktur, 17 a view of the 16 following process step after sheathing the in 16 shown structure,

18 eine perspektivische Teil-Ansicht einer Harzinjektionsform, 18 a partial perspective view of a resin injection mold,

19 eine perspektivische Ansicht einer Fügevorrichtung zur Verbindung der Lasteinleitendstücke mit dem rohrförmigen Mittelteil der Welle, 19 a perspective view of a joining device for connecting the Lasteinleitendstücke with the tubular central part of the shaft,

20 eine Schnitt-Längsansicht mit Angabe der jeweiligen Lagen aus Kohlenstofffasern, und 20 a sectional longitudinal view indicating the respective layers of carbon fibers, and

21 eine Detailansicht gemäß 20. 21 a detailed view according 20 ,

Das Gasturbinentriebwerk 2 gemäß 1 ist ein allgemein dargestelltes Beispiel, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann. Das Triebwerk 2 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 3, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 4, einen Mitteldruckkompressor 5, einen Hochdruckkompressor 6, eine Brennkammer 7, eine Hochdruckturbine 8, eine Mitteldruckturbine 9 und eine Niederdruckturbine 10 sowie eine Abgasdüse 11, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse angeordnet sind.The gas turbine engine 2 according to 1 is a generalized example in which the invention may find application. The engine 2 is formed in a conventional manner and comprises one air inlet in succession in the flow direction 3 , a circulating in a housing fan 4 , a medium pressure compressor 5 , a high pressure compressor 6 , a combustion chamber 7 , a high-pressure turbine 8th , a medium pressure turbine 9 and a low-pressure turbine 10 and an exhaust nozzle 11 all arranged around a central engine axis.

Die 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialwelle bzw. einer Triebwerkswelle der erfindungsgemäßen Art. Die Welle ist entweder als Radialwelle 14 oder als gewinkelt angeordnete Welle 16 ausgebildet und dient dazu, ein Getriebe 13 (siehe 1) mit einem Getriebe 15 zu verbinden. Das Getriebe 15 kann mit Nebenaggregaten betriebsverbunden sein. Die erfindungsgemäß ausgebildete Welle kann auch in Form einer geneigt angeordneten Welle 16 (siehe 1) ausgebildet sein, welche mit einem Getriebe 17 zum Anschluss von Nebenaggregaten verbunden ist.The 2 and 3 show an embodiment of the radial shaft according to the invention or an engine shaft of the type according to the invention. The shaft is either as a radial shaft 14 or as angled shaft 16 trained and serves a transmission 13 (please refer 1 ) with a gearbox 15 connect to. The gear 15 can be operationally connected with ancillary units. The inventively embodied shaft can also be in the form of a tilted shaft 16 (please refer 1 ), which are connected to a transmission 17 connected to the connection of ancillaries.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Radialwelle 14, analog hierzu ist auch die erfindungsgemäß angeordnete gewinkelte Welle 16 aufgebaut.The following description refers to the radial shaft 14 , analogous to this is also the invention arranged angled shaft 16 built up.

Die Welle 14 umfasst eine innenliegende Schicht aus Lagen 24, welche aus Kohlenstofffasern aufgebaut ist, welche +/–45° zur Mittelachse 30 der Welle angeordnet sind. Die Lagen 24 bilden somit einen Teil eines rohrförmigen Mittelteils 28 der erfindungsgemäßen Welle 14. Die Welle 14 ist mit zwei Lasteinleitendstücken 29 verbunden, so wie dies nachfolgend noch beschrieben werden wird. Die Lasteinleitendstücke 29 sind an ihrem freien Endbereich jeweils mit einer Verzahnung 31 versehen, welche beispielsweise als Kerbverzahnung ausgebildet sein kann. Dies ist insbesondere in den 4 bis 10 dargestellt.The wave 14 includes an inner layer of layers 24 , which is constructed of carbon fibers, which +/- 45 ° to the central axis 30 the shaft are arranged. The layers 24 thus form part of a tubular central part 28 the shaft according to the invention 14 , The wave 14 is with two load introduction pieces 29 connected, as will be described below. The load introduction pieces 29 are at their free end each with a toothing 31 provided, which may be formed, for example, as a serration. This is especially true in the 4 to 10 shown.

Die 2 und 3 zeigen weiterhin, dass das rohrförmige Mittelteil 28 auf den Lagen 24 weitere Lagen 25 aufweist, welche aus Kohlestofffasern mit +/–30°-Lage zur Mittelachse 30 ausgebildet sind. Die Lagen 24 bilden eine Zwischenstruktur zur Torsionsübertragung. Auf den Lagen 24 sind Lagen 32 angeordnet, welche aus hochmoduligen Kohlenstofffasern parallel zur Mittelachse 30 der Welle und somit mit 0° zur Mittelachse 30 angeordnet sind und zur Erhöhung der Steifigkeit beitragen. Die Lagen 25 dienen zur Kompaktierung des Verbundes und zur Fixierung der Null-Lagen 32.The 2 and 3 continue to show that the tubular central part 28 on the layers 24 more layers 25 which consists of carbon fibers with +/- 30 ° -position to the central axis 30 are formed. The layers 24 form an intermediate structure for torsion transmission. On the layers 24 are layers 32 arranged, which consists of high modulus carbon fibers parallel to the central axis 30 the shaft and thus 0 ° to the central axis 30 are arranged and contribute to increasing the rigidity. The layers 25 serve for compaction of the composite and for fixing the zero layers 32 ,

Die Endbereiche 27 der Welle 14 bzw. 16 weisen eine sinusoide Innenkontur auf, so wie dies aus 3 ersichtlich ist. In diese sinusoide Innenkontur ist jeweils ein Lasteinleitendstück 29 eingefügt, welches eine passende sinusoide Außenkontur aufweist, so wie dies in 3 zu sehen ist. Es ergibt sich somit eine formschlüssige Verbindung. Wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, sind die Lagen 24 sowohl an ihrer Innenkontur als auch an ihrer Außenkontur sinusoid. Um die konkaven Zwischenräume auszufüllen, sind Füllstäbchen 23 aus kohlenstofffaserverstärktem Harz angeordnet, auf welchen sich die Schicht der Null-Lagen 32 befindet, welche eine zylindrische Außenkontur aufweist.The end areas 27 the wave 14 respectively. 16 have a sinusoidal inner contour, like this 3 is apparent. In this sinusoidal inner contour is in each case a Lasteinleitendstück 29 inserted, which has a matching sinusoidal outer contour, as in 3 you can see. This results in a positive connection. As will be described below, the layers are 24 sinusoidal both on its inner contour and on its outer contour. To fill in the concave interstices are fillers 23 made of carbon fiber reinforced resin, on which the layer of zero layers 32 is located, which has a cylindrical outer contour.

Die 4 bis 10 zeigen die erfindungsgemäß vorgesehenen Lasteinleitendstücke 29 in unterschiedlichen Darstellungen modifizierter Ausführungsbeispiele. Diese weisen jeweils eine zentrische Ausnehmung 33 auf, welche am Endbereich in Radialkanäle 34 übergeht. Somit ist es beim Verpressen vom Harz im Rahmen der Fügeverbindung (siehe Beschreibung zu 19) möglich, Harz, wie in 10 dargestellt, durch die zentrische Ausnehmung 33 und die Radialkanäle 34 auszupressen, um den Zwischenraum zwischen der Außenkontur des Lasteinleitendstücks 29 und dem Endbereich 27 der Welle 14 mit Harz zu füllen. Hierdurch ergibt sich eine passgenaue formschlüssige Verbindung.The 4 to 10 show the invention provided Lasteinleitendstücke 29 in different representations of modified embodiments. These each have a central recess 33 on, which at the end in radial channels 34 passes. Thus, it is when pressing the resin in the context of the joint connection (see description to 19 ) possible, resin, as in 10 represented by the central recess 33 and the radial channels 34 to squeeze out the gap between the outer contour of the load introduction piece 29 and the end area 27 the wave 14 to fill with resin. This results in a precisely fitting positive connection.

Die erfindungsgemäße Radialwelle 14 besteht somit aus einem Faserverbund mit zwei Lasteinleitelementen 29 und einem zentralen rohrförmigen Mittelteil 28. Die Verbindung zwischen dem Faserverbund des Mittelteils 28 und den Lasteinleitendstücken 29 erfolgt somit über die Sinusoidkontur, welche eine Übertragung von hohen Drehmomenten bei verhältnismäßig kleinen Durchmessern ermöglicht. Die Kontur ähnelt dem Verlauf einer Sinusfunktion, welche umlaufend dem Durchmesser folgend verläuft. Diese Sinusoidform ist innenliegend an dem Faserverbundteil ausgebildet. Wie nachfolgend beschrieben, bildet diese Ausbildung des Endbereichs 27 einen wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Faserverbundteil der Welle 14 besteht aus einem rotationssymmetrischen Aufbau, welcher von innen nach außen die bereits erwähnten Lagen 24 mit +/–45°-Ausrichtung, eine Null-Lage 32 sowie Lagen 25 mit +/–30°-Ausrichtung umfasst.The radial shaft according to the invention 14 thus consists of a fiber composite with two Lasteinleitelementen 29 and a central tubular central part 28 , The connection between the fiber composite of the middle part 28 and the load introduction pieces 29 thus takes place via the sinusoidal contour, which allows transmission of high torques at relatively small diameters. The contour is similar to the course of a sine function, which circumferentially following the diameter runs. This sinusoidal shape is formed on the inside of the fiber composite part. As described below, this design forms the end region 27 an essential aspect of the present invention. The fiber composite part of the shaft 14 consists of a rotationally symmetrical structure, which from inside to outside the already mentioned layers 24 with +/- 45 ° orientation, a zero position 32 as well as layers 25 with +/- 30 ° orientation.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Herstellungsverfahren im Einzelnen beschrieben. Die 11 zeigt einen bevorzugt mehrteiligen Kern 18. Dieser ist konisch ausgebildet, da auch die Welle 14 eine leicht konische Struktur aufweist. Der Kern 18 ist mit Endbereichen 19 versehen, welche eine sinusoide Struktur 20 aufweisen. In die konkaven Bereiche sind strukturierte Stäbe 21 eingelegt, welche mittels einer Positionierhilfe 35 gehalten werden. Diesen Zustand zeigt 11. Nachfolgend werden +/–45° Lagen mit einem üblichen Wickelverfahren aufgebracht. Dabei werden die Fasern trocken aufgelegt, sie bestehen aus gespreizten Kohlefaserbändern und sind somit flach, damit sich die Kreuzungsstellen zwischen +/–45°-Anordnungen gut ergeben. Die Lagen 24 werden vollständig über die Endbereiche 19 aufgebracht, so wie dies in 12 dargestellt ist. Eine Fixierung der Endbereich der Lagen 24 erfolgt mittels Kabelbindern 36 (siehe 12).Hereinafter, a preferred manufacturing method will be described in detail. The 11 shows a preferably multi-part core 18 , This is conical, as well as the wave 14 has a slightly conical structure. The core 18 is with end areas 19 which has a sinusoidal structure 20 exhibit. In the concave areas are structured bars 21 inserted, which by means of a positioning aid 35 being held. This state shows 11 , Subsequently, +/- 45 ° layers are applied using a conventional winding process. The fibers are laid dry, they consist of spread carbon fiber ribbons and are therefore flat, so that the intersections between +/- 45 ° arrangements are good. The layers 24 be completely over the end areas 19 applied, as in 12 is shown. A fixation of the end region of the layers 24 done by means of cable ties 36 (please refer 12 ).

Wie in 13 dargestellt, werden die Endbereiche 37 gebindert, um die Lagen des Kohlenstofffasermaterials zu halten, nachdem die Positionierhilfen 35 entfernt wurden. Nachfolgend erfolgt ein Verpressen der Endbereiche der Lagen 24 mittels eines Verpresswerkzeugs 38, welches radiale Schlitze aufweist, in welchen Presselemente 39 radial bewegbar sind. Somit werden die Lagen 24 in die konkaven Bereiche der Endbereiche 19 des Kerns 18 eingepresst (14). Der sich hierbei bildende Zwischenschritt ist in 15 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Lagen 24 der Sinusoidkontur 19 des Kerns 18 folgen, so wie dies auch in 3 als Endresultat dargestellt ist.As in 13 shown, the end areas 37 tied to hold the layers of carbon fiber material after the positioning aids 35 were removed. Subsequently, a pressing of the end regions of the layers takes place 24 by means of a pressing tool 38 , which has radial slots, in which pressing elements 39 are radially movable. Thus, the layers become 24 into the concave areas of the end areas 19 of the core 18 pressed in ( 14 ). The intermediate step that forms is in 15 shown. It can be seen that the layers 24 the sinusoidal contour 19 of the core 18 follow, as well as in 3 is shown as the final result.

Nachfolgend werden, wie in 16 dargestellt, Füllstäbchen 23 eingesetzt, welche die konkaven Bereiche der Außenkontur der Endbereiche 27 der Lagen 24 auffüllen. Die Füllstäbchen 23 sind an einer Positionierhilfe 40 gehaltert.Below are, as in 16 shown, fillers 23 used, which are the concave portions of the outer contour of the end portions 27 the layers 24 fill up. The fillers 23 are at a positioning aid 40 supported.

Die Füllstäbchen 23 sind als konturierte, flache Stäbchen ausgebildet, so wie sich dies aus 3 ergibt. Sie füllen somit die konkaven Bereiche der Sinusoidstruktur vollständig aus, so dass sich eine zylindrische Außenkontur ergibt. Auf diese werden, wie in 17 dargestellt, Null-Lagen 32 in Form einer Matte oder umschlingender Streifen aufgelegt. Die Null-Lagen werden mit zusätzlichen Werkzeugen hergestellt. Hierbei wird insbesondere ein quaderförmiger Wickelkern verwendet, welcher einen Eckradius aufweist. Die hochsteifen Fasern werden auf den quaderförmigen Wickelkern aufgelegt, nachfolgend geschnitten und abgenommen und gemäß 17 aufgebracht.The fillers 23 are formed as contoured, flat rods, as is the case 3 results. They thus completely fill the concave areas of the sinusoidal structure so that a cylindrical outer contour results. On these, as in 17 represented, zero positions 32 placed in the form of a mat or wrap around strips. The zero layers are made with additional tools. In this case, in particular a cuboid winding core is used, which has a corner radius. The highly stiff fibers are placed on the cuboid winding core, subsequently cut and removed and according to 17 applied.

Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest radial angrenzend an die Lasteinleitendstücke 29 zumindest eine Lage aus +/–88° angeordneten Kohlefaserbändern, insbesondere anstelle der Null-Lagen 32, angeordnet ist.It can be provided that at least radially adjacent to the Lasteinleitendstücke 29 at least one layer of carbon fiber ribbons arranged at +/- 88 °, in particular instead of the zero layers 32 , is arranged.

Auf die somit hergestellte Struktur werden +/–30° Lagen 25 aufgebracht, so wie dies sich in der Darstellung der 18 ergibt. Nachfolgend wird die gesamte Anordnung in eine mehrteilige Harzinjektionsform 26 eingelegt und mit Harz infiltriert. Das Harz wird somit unter Druck in die trockene Faservorform, d. h. in die Lagen 24, 32 und 25 eingepresst. Hierbei handelt es sich um ein Hochtemperaturharzsystem, welches schnell vernetzt, nachdem die Anordnung auf eine geeignete Temperatur erwärmt wurde. Beispielsweise wird die Harzmenge innerhalb von 5 Minuten auf 140°C erhitzt, wobei das Harz innerhalb von 3 Minuten in das Werkzeug eingespritzt wird, um die Lagen 24, 32 und 25 vollständig zu vernetzen.On the thus produced structure are +/- 30 ° layers 25 applied, as reflected in the presentation of 18 results. Hereinafter, the entire assembly becomes a multi-part resin injection mold 26 inserted and infiltrated with resin. The resin is thus under pressure in the dry fiber preform, ie in the layers 24 . 32 and 25 pressed. This is a high temperature resin system that quickly crosslinks after the assembly has been heated to a suitable temperature. For example, the amount of resin is heated to 140 ° C within 5 minutes, with the resin being injected into the tool within 3 minutes, around the layers 24 . 32 and 25 to fully network.

Nachfolgend werden die einzelnen Teile des Kerns 18 bzw. dessen Endbereiche 19 entnommen, die überstehenden Bereiche der Füllstäbchen 23 werden entfernt. Nunmehr erfolgt ein Einstecken der sinusoiden Endbereiche der Lasteinleitendstücke 29 in das rohrförmige Mittelteil 28 der Welle 14. Die Länge der sinusoiden Bereiche beträgt beispielsweise zwischen 50 und 70 mm. Um die Lasteinleitendstücke 29 mit dem rohrförmigen Mitteilteil 28 zu fügen, erfolgt, wie in 19 dargestellt, ein Einlegen in eine Fügevorrichtung 41, welche mehrteilig ausgebildet ist. Nachfolgend wird stirnseitig Harz injiziert, so wie dies schematisch in 10 gezeigt ist. Nunmehr ist die Radialwelle 14 fertiggestellt.Below are the individual parts of the core 18 or its end regions 19 taken from the protruding areas of the filler 23 being deleted. Now, there is an insertion of the sinusoidal end portions of the Lasteinleitendstücke 29 in the tubular middle part 28 the wave 14 , The length of the sinusoidal regions is for example between 50 and 70 mm. Around the load introduction pieces 29 with the tubular Mitteilteil 28 to add takes place as in 19 shown, an insertion in a joining device 41 , which is designed in several parts. Subsequently, the front side resin is injected, as shown schematically in 10 is shown. Now, the radial shaft 14 completed.

Die 20 und 21 zeigen eine Schnittansicht parallel zur Mittelachse 30 der Welle 14, 16 mit Darstellung der Anordnungen der einzelnen Lagen der Kohlenstofffasern und deren winkelmäßige Ausrichtung, bezogen auf die Mittelachse 30.The 20 and 21 show a sectional view parallel to the central axis 30 the wave 14 . 16 showing the arrangements of the individual layers of the carbon fibers and their angular orientation, with respect to the central axis 30 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
TriebwerksachseEngine axis
22
Gasturbinentriebwerk/KerntriebwerkGas turbine engine / core engine
33
Lufteinlassair intake
44
Fanfan
55
Mitteldruckkompressor (Verdichter)Medium pressure compressor (compressor)
66
HochdruckkompressorHigh pressure compressor
77
Brennkammerncombustors
88th
HochdruckturbineHigh-pressure turbine
99
MitteldruckturbineIntermediate pressure turbine
1010
NiederdruckturbineLow-pressure turbine
11 11
Abgasdüseexhaust nozzle
1212
TriebwerksgehäuseEngine casing
1313
Getriebetransmission
1414
Radialwelleradial shaft
1515
Getriebetransmission
1616
Wellewave
1717
Getriebetransmission
1818
Kerncore
1919
Endbereich des KernsEnd region of the core
2020
Sinusoide StrukturSinusoidal structure
2121
Strukturierter Stab/RundstabStructured rod / round rod
2222
Längsachselongitudinal axis
2323
FüllstäbchenFüllstäbchen
2424
+/–45° Lagen+/- 45 ° layers
2525
+/–30° Lagen+/- 30 ° layers
2626
HarzinjektionsformResin injection molding
2727
Endbereich der Welle 14, 16 End of the shaft 14 . 16
2828
rohrförmiges Mittelteiltubular middle part
2929
LasteinleitendstückLast piece of introduction
3030
Mittelachse der WelleCentral axis of the shaft
3131
Verzahnunggearing
3232
Null-LagenZero position
3333
zentrische Ausnehmungcentric recess
3434
Radialkanalradial channel
3535
PostionierhilfePostionierhilfe
3636
Kabelbindercable ties
3737
gebinderte Bereichesealed areas
3838
Verpresswerkzeugcrimping tool
3939
Presselementepressing elements
4040
Positionierhilfepositioning
4141
Fügevorrichtungjoining device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008056018 A1 [0006] DE 102008056018 A1 [0006]
  • DE 102009037049 A1 [0006] DE 102009037049 A1 [0006]
  • GB 1599292 A [0006] GB 1599292 A [0006]
  • DE 4107222 C2 [0006] DE 4107222 C2 [0006]

Claims (11)

Welle eines Turbinentriebwerks mit einem Mittelteil (28) und Lasteinleitendstücken (29), dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (28) als konisches Rohr ausgebildet ist, welches aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt ist und dass die Lasteinleitendstücke (29) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und mit dem Mittelteil (28) über eine formschlüssige sinusoide Struktur (20) verbunden sind.Shaft of a turbine engine with a central part ( 28 ) and load introduction pieces ( 29 ), characterized in that the middle part ( 28 ) is formed as a conical tube, which is made of a carbon fiber composite material and that the load introduction pieces ( 29 ) made of a metallic material and with the middle part ( 28 ) via a form-fitting sinusoidal structure ( 20 ) are connected. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (28) zur Mittelachse (30) in einem Winkel von +/–45° angeordnete Lagen (24) aus flachen gespreizten Kohlefaserbändern umfasst.Shaft according to claim 1, characterized in that the middle part ( 28 ) to the central axis ( 30 ) arranged at an angle of +/- 45 ° layers ( 24 ) comprises flat spread carbon fiber ribbons. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (28) auf den +/–45° Lagen (24) aus flachen gespreizten Kohlefaserbändern zumindest über einen Teil seiner axialen Länge zumindest eine Lage (32) aus zur Mittelachse (30) des Mittelteils parallelen gespreizten Kohlefaserbändern umfasst.Shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the middle part ( 28 ) on the +/- 45 ° layers ( 24 ) of flat spread carbon fiber ribbons at least over a part of its axial length at least one layer ( 32 ) out to the central axis ( 30 ) of the central part comprises parallel spread carbon fiber ribbons. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (28) über der zur Mittelachse (30) parallelen zumindest einen Lage (32) zumindest an einem Teil seiner Länge zumindest eine Lage (25) aus zur Mittelachse (30) in einem Winkel von 0 angeordneten Kohlefaserbändern umfasst.Shaft according to claim 3, characterized in that the middle part ( 28 ) above the middle axis ( 30 ) parallel at least one layer ( 32 ) at least a part of its length at least one layer ( 25 ) out to the central axis ( 30 ) at an angle of 0 arranged carbon fiber ribbons. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche (27) des Mittelteils (28) eine sinusoide Querschnittsform haben.Shaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the end regions ( 27 ) of the middle part ( 28 ) have a sinusoidal cross-sectional shape. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitendstück (29) an einem Teil seiner Länge mit einer sinusoiden Außenkontur (20) versehen ist.Shaft according to one of claims 1 to 5, characterized in that the load introduction piece ( 29 ) at a part of its length with a sinusoidal outer contour ( 20 ) is provided. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitendstück (29) mit einer zentrischen Ausnehmung (33) versehen ist, welche in zumindest einen Radialkanal (34) mündet.Shaft according to one of claims 1 to 6, characterized in that the load introduction piece ( 29 ) with a central recess ( 33 ), which in at least one radial channel ( 34 ) opens. Welle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sinusoide Struktur (20) konvexe und konkave Bereiche umfasst.Shaft according to one of claims 5 to 7, characterized in that the sinusoidal structure ( 20 ) comprises convex and concave areas. Welle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den konkaven Bereichen der sinusoiden Struktur (20) der Lage (24) aus +/–45° angeordneten Faserstrukturen Füllstäbchen (23) aus einem Kohlenstoffmaterial eingelegt sind.Shaft according to claim 8, characterized in that in the concave regions of the sinusoidal structure ( 20 ) the situation ( 24 ) fiber structures arranged at +/- 45 ° ( 23 ) are inserted from a carbon material. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest radial angrenzend an die Lasteinleitendstücke (29) zumindest eine Lage aus +/–88° angeordneten Kohlefaserbändern, insbesondere anstelle der Null-Lagen (32), angeordnet ist.Shaft according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least radially adjacent to the Lasteinleitendstücke ( 29 ) at least one layer of +/- 88 ° arranged carbon fiber ribbons, in particular instead of the zero layers ( 32 ) is arranged. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern mit Harz getränkt und ausgehärtet sind.Shaft according to one of claims 1 to 10, characterized in that the carbon fibers are impregnated with resin and cured.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017208424A1 (en) 2017-05-18 2018-11-22 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Shaft and method for producing a shaft
DE102018129997A1 (en) * 2018-11-27 2020-05-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Shaft component and method for producing a shaft component
DE102018129996A1 (en) * 2018-11-27 2020-05-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Drive shaft component and method for producing a drive shaft component

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015202260A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-11 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Wave of a gas turbine engine in hybrid construction
US10508682B2 (en) 2015-12-31 2019-12-17 Moog Inc. Composite torque tube end fitting attachment method
DE102016202337A1 (en) 2016-02-16 2017-08-17 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Process for the production of semi-finished textile products and semi-finished textile products
US10927883B2 (en) * 2017-07-11 2021-02-23 Goodrich Corporation Composite joint assembly
US10935068B2 (en) * 2017-11-16 2021-03-02 Goodrich Corporation Designs and methods of making of joints for composite components under dominant bending load
US11156245B2 (en) * 2018-01-08 2021-10-26 Goodrich Corporation Hybrid metallic/composite axial tension/compression lobe joint
US11131247B2 (en) 2018-01-30 2021-09-28 General Electric Company Additively manufactured rotating shaft
US10823213B2 (en) * 2018-06-08 2020-11-03 Goodrich Corporation Composite joint assembly
JP6581737B1 (en) * 2019-02-27 2019-09-25 株式会社ショーワ Tube for power transmission shaft and power transmission shaft
US11519454B2 (en) 2019-07-24 2022-12-06 Goodrich Corporation Hybrid metallic/composite tube design to transfer bending, axial, and flexural shear
GB202111881D0 (en) 2021-08-19 2021-10-06 Rolls Royce Plc Shaft component and method for producing a shaft component

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1599292A (en) 1977-04-28 1981-09-30 Union Carbide Corp Fibre reinforced resin drive shaft having a universal joint
GB2233425A (en) * 1989-06-24 1991-01-09 Gkn Automotive Ag A connecting assembly
DE4107222C2 (en) 1990-10-23 1994-12-15 Gkn Automotive Ag Connection between a tubular shaft made of a fiber composite material and a metal pin, and method for their production
DE69304689T2 (en) * 1992-04-24 1997-04-30 United Technologies Corp CONNECTING THERMOPLASTIC AND THERMOETING COMPOSITE STRUCTURES WITH METAL STRUCTURES
DE19613857A1 (en) * 1996-04-06 1997-10-16 Daimler Benz Ag PTO shaft with reinforced plastic tube and with an articulated connecting body connected in a rotationally fixed manner at the end
DE102008056018A1 (en) 2008-11-05 2010-05-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine shaft for a gas turbine engine
DE102008056002A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine shaft made of a fiber composite plastic tube with metallic drive and driven pin
DE102009037049A1 (en) 2009-08-13 2011-02-17 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine shaft in hybrid construction
DE102010048926A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-19 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Drive shaft, in particular radial shaft for a gas turbine engine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0009007B1 (en) * 1978-09-07 1982-06-23 Ciba-Geigy Ag Method of producing a fibre-reinforced plastics tube and a tube produced by this method
US4238540A (en) * 1979-05-29 1980-12-09 Celanese Corporation Fiber reinforced composite shaft with metallic connector sleeves mounted by connector ring interlock
US4289557A (en) * 1979-08-06 1981-09-15 Ford Aerospace & Communications Corp. Method for mass producing composite shafts
US4248062A (en) * 1979-10-05 1981-02-03 Shakespeare Company Drive shaft assembly and method for making same
DE3007896C2 (en) * 1980-03-01 1985-03-07 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Connection connection for hollow shafts formed by fiber plastic pipes, in particular for motor vehicles
JPH04347006A (en) * 1991-05-24 1992-12-02 Sumitomo Metal Ind Ltd Fiber reinforced plastic driving shaft
DE102007051517B4 (en) * 2006-12-22 2020-02-27 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Hollow shaft made of fiber composite material and functional elements to be attached to it
DE102012022260A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Method for producing a shaft of a gas turbine engine, in particular a radial shaft or a shaft arranged at an angle to the machine axis

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1599292A (en) 1977-04-28 1981-09-30 Union Carbide Corp Fibre reinforced resin drive shaft having a universal joint
GB2233425A (en) * 1989-06-24 1991-01-09 Gkn Automotive Ag A connecting assembly
DE4107222C2 (en) 1990-10-23 1994-12-15 Gkn Automotive Ag Connection between a tubular shaft made of a fiber composite material and a metal pin, and method for their production
DE69304689T2 (en) * 1992-04-24 1997-04-30 United Technologies Corp CONNECTING THERMOPLASTIC AND THERMOETING COMPOSITE STRUCTURES WITH METAL STRUCTURES
DE19613857A1 (en) * 1996-04-06 1997-10-16 Daimler Benz Ag PTO shaft with reinforced plastic tube and with an articulated connecting body connected in a rotationally fixed manner at the end
DE102008056018A1 (en) 2008-11-05 2010-05-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine shaft for a gas turbine engine
DE102008056002A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine shaft made of a fiber composite plastic tube with metallic drive and driven pin
DE102009037049A1 (en) 2009-08-13 2011-02-17 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine shaft in hybrid construction
DE102010048926A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-19 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Drive shaft, in particular radial shaft for a gas turbine engine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017208424A1 (en) 2017-05-18 2018-11-22 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Shaft and method for producing a shaft
EP3406920A2 (en) 2017-05-18 2018-11-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Shaft of fiber composite material and method for manufacturing the shaft
EP3406920A3 (en) * 2017-05-18 2019-02-20 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Shaft of fiber composite material and method for manufacturing the shaft
DE102018129997A1 (en) * 2018-11-27 2020-05-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Shaft component and method for producing a shaft component
DE102018129996A1 (en) * 2018-11-27 2020-05-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Drive shaft component and method for producing a drive shaft component

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